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1、华中科技大学硕士学位论文虚拟光纤电力互感器测试系统设计及实现姓名：陈辉申请学位级别：硕士专业：系统分析与集成指导教师：黎育红20070302I摘摘 要要 传统仪器测试需要专用的仪器设备，不仅价格昂贵，而且维护困难，还需要人工处理数据，使得测试的精度低，事后处理工作量大，不能满足实际需要。随着计算机技术的发展，测试技术取得了巨大的进步，虚拟仪器成为现代测试技术发展的方向。 我国电力工业的迅速发展导致对电力互感器的要求也越来越高，而传统的电力互感器由于其原理和结构上的限制，越来越不能适应高电压、大电流现场环境的要求，性能优越的光纤电力互感器正逐渐成为传统互感器的替代品。为保证光纤电力互感器能在电网
2、长期稳定运行，对互感器的测试成为一个重要环节。 基于此，本文设计了基于虚拟仪器的光纤电力互感器测试系统，主要完成了如下方面的工作: （1）分析了光纤电力互感器的工作原理、基本特征、应用基础及其信号输出特点，并在此基础上，在虚拟仪器平台 LabVIEW 上实现了对光纤电力互感器的仿真实验。 （2）通过对国内外虚拟仪器技术的系统分析，以及最新研究成果的解析，建立了基于虚拟仪器技术的光纤电力互感器测试系统指标体系，完成了光纤电力互感器测试系统总体设计。 （3）采用多功能、模块化的程序设计方法，在 LabVIEW 平台完成了基于虚拟仪器技术的光纤电力互感器测试系统功能模块设计与开发，实现的主要功能包括
3、数据采集、数据分析、数据存取、数据输出等。 （4） 设计了测试系统的性能测试仿真实验， 将仿真实验测量分析的结果与测试标准进行对比，同时将同一类型测试的结果进行相互对比，验证所设计的虚拟测试仪器的软硬件功能。 （5）在研究仿真试验结果的基础上，对整个测试系统进行误差分析。 关键词：关键词： LabVIEW 虚拟仪器 光纤电力互感器 IIAbstract Traditional instrument test need specify equipment, which not only expensive, but also difficult to maintenance, and need
4、people to process data manually, so it makes the test precision lower, people have to do lots of work after the measurement, it cant meet the really requirement. With the development of computer technology, testing technology has made tremendous progress. Testing System research based on the Virtual
5、 Instrument appears to be particularly popular. The rapid development of Chinas power industry makes the demand for electricity transducer increasingly fast. Because the traditional transformer can not meet the increasingly high voltage, Current site environments requirement, the superior performanc
6、e of optical-electric transducer is becoming a substitute for traditional transducer. In order to ensure long-term stable operation of the optical-electric transducer, the test for optical-electric transducer has become an important part. Because of this, we designed optical-electric transducer test
7、 system based on the virtual instrument, mainly do research in the following areas: （1）Base on analysis optical-electric transducers operation principle, basic character, basic apply and output signals character, simulated the optical-electric transducer by LabVIEW . （2）Base on system analysis of do
8、mestic and foreigns virtual instrument technology, and the latest research results. Established optical-electric transducer test systems test target, completed the test systems structure design. （3）Use multi-function, modular design method, designed the test systems software include data acquisition
9、, data analysis, data access and data output modules by LabVIEW. （4）Designed simulation experiment to test the performance of the test system, analysis of the simulation results and test standards for comparison, meanwhile, the same type tests simulation results do comparison too, in order to verify
10、 the designed virtual instruments software and hardware functions. （5）Based on researching the results of the simulation test, do error analysis for the system. Key words : LabVIEW Virtual instrument Optical-electric transducer 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不
11、包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密， 在 年解密后适用本授权书。 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作
12、者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本论文属于 11 绪论绪论 1.1 引言引言 传统仪器测试需要专用的信号记录仪、频谱分析仪，示波器等分析仪器，不仅价格昂贵，而且维护困难，还需要人工处理数据。使得测试的精度低，事后处理工作量大，导致生产效率低，不能满足实际生产的需要1。 与传统仪器相比虚拟仪器具有许多优点。首先，虚拟仪器是一个集成的测试系统，可将不同的测试仪器的功能有序的集成在一起。通过与专用的板卡，接口的搭配，使一台虚拟仪器可以实现许多被集成仪器的全部功能，从而代替众多昂贵、复杂的测试仪器，使测试仪器的费用大为降低。其次，虚拟仪器可以通过改变软件的设置来适应用
13、户的特殊需要，其功能更加灵活强大，操作也更加方便。另外虚拟仪器的开发过程主要是软件开发过程，因而和传统仪器相比虚拟仪器的开发费用和时间将大为降低。同时也大大减少了仪器的操作和维护的时间和复杂性。 光纤电力互感器作为电力系统中非常重要的电力设备，设计高质量的光纤电力互感器测试系统是保证生产合格的互感器和提高互感器技术性能的重要内容。为了解决传统仪器测试的不足，本文利用虚拟仪器技术设计了一套光纤电力互感器测试系统。该测试系统应用目前先进的虚拟仪器技术，以 PC 机作为测试系统的测控核心，操作方便，测试过程自动完成，人机界面友好，测试效率和测试精度高。测试系统的程序采用美国 NI 公司生产的 Lab
14、VIEW 测试软件编写， 该软件的优点是人机界面友好，程序的操作面板就是虚拟现实中的真实仪器，使用起来极为方便，而且该测试软件提供了测试用的各种分析方法。 测试系统可以进行多参量的数据（其中包括数字信号、模拟信号）采集和分析，在操作面板中显示被测信号的幅度和相位的大小，以图表的形式展现测试参数的变化，同时将测试结果进行保存和回放。 1.2 课题研究的目的和意义课题研究的目的和意义 1.2.1 虚拟仪器技术虚拟仪器技术 1）仪器技术的发展 2仪器是获取信息的工具，起着不可或缺的信息源的作用。如果没有仪器，就不能获取生产、科研、环境、社会等领域中全方位的信息，进入信息时代将是不可能的2。仪器技术发
15、展到现在，大致经历了模拟仪器、数字仪器、智能仪器和虚拟仪器四个阶段。虚拟仪器（Virtual Instrument, VI）概念是美国 NI 公司于 1986 年首先提出的，其基本思想是在一定的硬件环境（或平台）支持下，通过编制和执行不同的虚拟仪器软件，来构成各种不同的仪器，实现各种用户定义的仪器或测试功能。虚拟仪器的出现是计算机技术与仪器技术高度结合的必然结果。传统仪器和虚拟仪器的功能基本上都是由三部分组成:信号的采集与控制、信号的分析与处理、信号的表达与输出。对于传统仪器，这几部分功能是以硬件或固化在仪器内部的软件来完成的，仪器的功能不易更改。虚拟仪器的杰出贡献在于突破了这种取决于仪器制造
16、商的“硬件固定”的模式，强调了“软件即仪器”的概念，软件成为测试系统的核心13。 2）虚拟仪器的构成 所谓虚拟仪器，就是在通用计算机平台上，用户根据需求来定义和设计仪器的测试功能。其实质是充分利用计算机的最新技术来实现和扩展传统仪器的功能。虚拟仪器 （Virtual Instrument）是 20 世纪 80 年代开始兴起的一项新技术。这一技术的核心是以计算机作为仪器的硬件支持，充分利用计算机独具的运算、存储、显示等功能，把传统仪器的专业化功能软件化，使之与计算机结合起来融为一体，构成从外观到功能都完全与传统仪器相同，同时又充分利用计算机智能资源的全新仪器系统。虚拟仪器系统的基本构架包括功能强大又高效的软件、模块化的测量硬件及标准商业科技（如个人电脑和英特网）1。 虚拟仪器技术包含了专为控制应用设计的直观的软件和针对不同频率与精度范围的通用测量硬件。由此，工程师
